Цифровые и микропроцессорные устройства

Цифровые и микропроцессорные устройства

 

 

Принципы фон Неймана. Принцип однородности памяти

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции - перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины.

Принцип адресности

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек - адреса.

Принцип программного управления

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов - команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. В числовой информации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля: поле кода операции и поле адресов.

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана

По плану, первым компьютером, построенным по архитектуре фон Неймана, должен был стать EDVAC, однако до 1951 года EDVAC не был запущен из-за технических трудностей в создании надёжной компьютерной памяти и разногласий в группе разработчиков. Другие научно-исследовательские институты, ознакомившись с ЭНИАКом и проектом EDVAC, сумели решить эти проблемы гораздо раньше. Первыми семью компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймана, были:

прототип - Манчестерская малая экспериментальная машина - Манчестерский университет, Великобритания, 21 июня 1948 года;- Кембриджский университет, Великобритания, 6 мая 1949 года;

Манчестерский Марк I - Манчестерский университет, Великобритания, 1949 год;- США, апрель или август 1949 года;Mk 1 - Австралия, ноябрь 1949 года;- США, 9 мая 1950 года- США, август 1949 года - фактически запущен в 1952 году;

В СССР первой полностью электронной вычислительной машиной близкой к принципам фон Неймана стала МЭСМ, построенная Лебедевым (на базе киевского Института электротехники АН УССР), прошедшая государственные приемочные испытания в декабре 1951 года.

Список литературы

 

1. А.Р. Решетилов «Электроника и микросхемотехника» БГУИР Минск 2006 г.

. Е.П. Угрюмов «Цифровая схемотехника» С. Петербург 2005-2007

. В.Л. Брайдо «Вычислительные сети системы и телекомуникации» издательство Питер 2005 г.

Цифровые и микропроцессорные устройства